Nghiên cứu cố định các tế bào vi sinh vật và đã tạo được các hạt
xúc tác trong lên men chuyển hóa glucose thành ethanol. Các hạt
xúc tác mang tế bào vi sinh cố định qua nhiều chu kỳ sử dụng vẫn
duy trì được khả năng sống cao. Điều này đã chứng minh khả
năng sử dụng lại nhiều lần các chất xúc tác này trong sản xuất công nghiệp.
21 trang |
Chia sẻ: toanphat99 | Lượt xem: 2282 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chuyển hóa rong biển, phế thải nông nghiệp chứa carbohydrate thành ethanol sử dụng xúc tác sinh học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1
A. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LUẬN ÁN
1. Đặt vấn đề
Nến kinh tế thế giới cho đến nay phụ thuộc rất nhiều vào nhiên
liệu hóa thạch, nhu cầu năng lượng cũng không ngừng gia tăng theo
sự phát triển kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng của mỗi quốc gia.
Với tốc độ tiêu thụ năng lượng như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ
hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong vòng
40 – 50 năm tới. Hơn nữa, các chất đốt hóa thạch là một trong những
nguyên nhân làm trái đất nóng lên và gây ô nhiễm môi trường. Do
đó, nhiệm vụ tìm kiếm nguồn nguyên liệu thay thế đã được đạt ra
trong gần nửa thế kỉ qua và ngày càng trở nên cấp thiết.
Một trong những hướng nghiên cứu giải quyết nhiệm vụ này là
sản xuất nhiên liệu sinh học dạng khí hoặc lỏng từ sinh khối, tức là
các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật như các loại cây nông nghiệp
hay phụ phẩm nông lâm nghiệp, nhằm tạo ra nhiệt năng hoặc điện
năng. Nhiên liệu sinh học đang là xu thế mới của thế giới trong việc
tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế.
Nhiên liệu ethanol sinh học có thể được sản xuất từ thực vật bao
gồm đường, tinh bột và lignocellulose (thế hệ I) hay các phế phẩm có
chứa cellulose (thế hệ II). Ngày nay, rong biển và phế thải nông
nghiệp đang là những nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học phổ biến.
Trong đó, rong biển được chú ý đến như một nguồn nguyên liệu thay
thế tiềm năng trong quy trình chuyển hóa thành ethanol sinh học.
2. Các nguyên vật liệu nghiên cứu của luận án
Vật liệu nghiên cứu của luận án bao gồm: 4 loài rong nâu thu hái
tại Hải Phòng và Nha Trang: Sargassum swartzii, Sargassum
henslowianum, Sargassum binderi, Sargassum oligocystum. Phế thải
2
nông nghiệp: rơm, rạ. Chủng nấm Aspergillus terreus (Nga chuyển
giao) và chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae V7028.
3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
Mục tiêu của luận án là:
- Xác định được thành phần lý hóa, sinh của rong biển và phế thải
nông nghiệp, lựa chọn được loài rong biển có hàm lượng carbohydrat
cao cho quá trình nghiên cứu của luận án.
- Xác định được các điều kiện tối ưu để chuyển hóa carbohydrat
từ rong biển và phế thải nông nghiệp thành ethanol sinh học
Để thực hiện được các mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu đã
được thực hiện bao gồm:
1. Xác định hàm lượng carbohydrat trong các rong nâu và trong
phế thải nông nghiệp
2. Xác định các điều kiện tối ưu của quá trình thủy phân rong
nâu bằng acid sulfuric loãng kết hợp với enzyme Cellic
HTech2
3. Lựa chọn các chủng vi sinh vật thủy phân rơm, rạ thành các
sản phẩm trung gian sau đó nghiên cứu xây dựng quy trình
thủy phân tối ưu
4. Xác định điều kiện tối ưu trong quá trình lên men ethanol từ
dịch thủy phân của rong biển và phế thải nông nghiệp
5. Đánh giá hiệu quả của các quá trình chuyển hóa carbohydrat
từ rong biển và phế thải nông nghiệp thành ethanol sinh học
3. Những đóng góp mới của luận án
Nghiên cứu lựa chọn được các chủng vi sinh vật thủy phân
cũng như lên men thích hợp từ các chủng có trong nước và từ
LB Nga qua hợp tác quốc tế, tạo xúc tác sinh học ở dạng tế bào
cố định trên PVA cho quá trình thủy phân.
3
Nghiên cứu, tìm được điều kiện tối ưu thực hiện quá tình thủy
phân, áp dụng quy hoạch thực nghiệm tìm phương trình hồi
quy cho phép khẳng định giá trị tối ưu là chính xác.
Xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình lên men thu nhận
ethanol sinh học với 3 yếu tố ảnh hưởng chính là nồng độ nấm
men, pH môi trường và thời gian lên men cho cả hai loại
nguyên liệu rong nâu và phế thải nông nghiệp.
Sử dụng kết hợp acid loãng và enzyme xúc tác cho quá tình
thủy phân nâng cao hiệu suất tạo sản phẩm trung gian cho quá
trình lên men.
Nghiên cứu chuyển hóa phế thải rong nâu sau quá tình chiết
alginat thành ethanol với quy trình xử lí dễ dàng hơn, góp phần
làm giảm ô nhiễm môi trường đồng thời mang lại hiệu quả
kinh tế cao.
4. Bố cục của luận án
Luận án bao gồm 142 trang với 35 bảng số liệu, 52 hình, 129 tài
liệu tham khảo. Bố cục của luận án: Mở đầu 2 trang, Chương 1: Tổng
quan 44 trang, Chương 2: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên
cứu 28 trang, Chương 3: Kết quả và thảo luận 51 trang, Kết luận 2
trang, Các công trình công bố liên qua đến luận án 2 trang, Tài liệu
tham khảo 13 trang.
4
B. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
MỞ ĐẦU
Phần mở đầu đề cập đến ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Từ đó đưa
ra mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án.
Chương 1 – TỔNG QUAN
Phần tổng quan đã tổng hợp các tài liệu trong nước và trên thế
giới về những vẫn đề liên quan đến luận án như:
- Vai trò và tiềm năng của ethanol sinh học trong hiện tại và tương
lai. Các nguyên liệu thường dùng để sản xuất ethanol ngày nay.
- Giới thiệu về phân loại, hình thái, phân bố khai thác rong biển và
tìm hiểu về rong nâu: thành phần hóa học. Tìm hiểu về phế thải nông
nghiệp và các thành phần có trong phế thải nông nghiệp.
- Giới thiệu vi sinh vật trong xúc tác quá trình thủy phân, lên men.
Chương 2 – NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
4 loài rong nâu thu hái tại Hải Phòng và Nha Trang: Sargassum
swartzii, Sargassum henslowianum, Sargassum binderi, Sargassum
oligocystum. Phế thải nông nghiệp: rơm, rạ. Các chủng vi sinh vật để
thủy phân cellulose: Chủng vi khuẩn C32, xạ khuẩn 7P, nấm
Aspergillus terreus, vi khuẩn VK Hud 4-1 và vi khuẩn C36. Nấm
men Saccharomyces cerevisiae V7028 (Nga).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp Hypoclorit tách cellulose từ rơm rạ
Phần này trình bày về phương pháp tách cellulose từ rơm rạ bằng
cách xử lí cơ học và hóa học.
5
2.2.2. Phương pháp xác định độ ẩm của rong biển
Phần này áp dụng phân tích độ ẩm theo TCVN 3700 – 90: Dùng
nhiệt để loại bỏ nước khỏi mẫu thử. Hiệu suất khối lượng của mẫu
trước và sau khi sấy khô là lượng ẩm có trong mẫu.
2.2.3. Phương pháp Kieldahl xác định protein tổng số
Phần này trình bày phân tích hàm lượng protein thô theo TCVN
3705 – 90: Vô cơ hóa mẫu thử bằng acid sulfuric đậm đặc, nitơ có
trong mẫu thử chuyển thành amon sulfate. Dùng kiềm đậm đặc đẩy
amoniac ra khỏi amon sulfate trong mát cất đạm, tạo thành amon
hydroxyd rồi định lượng thành acid.
2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng tro
Phần này trình bày phương pháp phân tích hàm lượng tro theo
AOAC 938.08: Tro hóa mẫu bằng nhiệt sau đó xác định hàm lượng
tro bằng phương pháp khối lượng và xác định độ kiềm của tro bằng
phương pháp chuẩn độ.
2.2.5. Phương pháp Folch xác định lipid tổng số
Phần này trình bày về phương pháp phân tích hàm lượng lipid
theo TCVN 3703 – 2009: Dùng dung môi hữu cơ chiết rút lipid của
mẫu thử trong máy soclet. Sấy và cân lượng lipid đã được chiết rút.
2.2.6. Phương pháp định lượng đường khử bằng acid dintrosalicylic
(DNS)
Phần này trình bày về định lượng đường khử bằng phản ứng tạo
màu với DNS. Cường độ màu của hỗn hợp phản ứng tỉ lệ thuận với
nồng độ đường glucose. Sản phẩm sau phản ứng được xác định bằng
phương pháp so màu ở bước sóng 540 nm. Dựa vào đồ thị đường
chuẩn của glucose tinh khiết với thuốc thử DNS ta dễ dang tính được
hàm lượng đường của mẫu nghiên cứu.
6
2.2.7. Phương pháp xử lí số liệu
Xử lí số liệu theo phương pháp thống kê, mỗi thí nghiệm làm 3
lần. Xử lí số liệu bằng Microsoft Excel 2007, SPSS 1.60.
2.3. Xây dựng quy trình nghiên cứu
Phần này đưa ra các sơ đồ quy trình thực nghiệm: quy trình thủy
phân rong nâu và phế thải nông nghiệp, quy trình lên men dịch đường
tạo ethanol sinh học, quy trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình thủy phân và lên men.
7
Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu và chuẩn bị nguyên vật liệu sản xuất nhiên liệu
sinh học
3.1.1. Hàm lượng carbohydarte trong rong nâu thu tại Hải Phòng và
Nha Trang
Sử dụng các phương pháp phân tích và tính toán, các thí nghiệm
được lặp lại 3 lần thu được kết quả hàm lượng carbohydrat trong 4
loài rong nâu như bảng sau:
Bảng 3.1 Kết quả xác định thành phần sinh hóa của 4 loài rong nâu
Tên rong Thành phần
Hàm lượng
(%)
Sargassum
henslowianum
Protein thô 7,66 ± 0,13%
Lipid 3,14 ± 0,11%
Tro 40,97 ± 0,62%
Carbohydrat 48,23 ± 0,49%
Sargassum swartzii
Protein thô 7,27 ± 0,15%
Lipid 1,93 ± 0,04%
Tro 37,94 ± 0,69%
Carbohydrat 52,86 ± 0,62%
Sargassum binderi
Protein thô 7,75 ± 0,11%
Lipid 2,96 ± 0,05%
Tro 39,46 ± 0,55%
8
Carbohydrat 49,83 ± 0,57%
Sargassum
oligocystum
Protein 7,93 ± 0,15%
Lipid 3,57 ± 0,11%
Tro 39,59 ± 0,68%
Carbohydrat 48,91 ± 0,45%
Từ kết quả trên, ta thấy sử dụng rong Sargassum swartzii làm
nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học là tốt nhất.
3.1.2. Xác định hàm lượng cellulose tách từ rơm, rạ
Bằng cách sử dụng phương pháp Hypoclorit tách cellulose từ rơm
rạ thu được kết quả như sau: Từ 10 g rơm, rạ thu được 3,9 g cellulose
với hiệu suất đạt từ 40 – 45%.
9
3.1.3. Nghiên cứu tạo xúc tác sinh học cho sản xuất bioethanol
Lựa chọn các chủng vi sinh vật thủy phân: Kết quả sơ tuyển được
các chủng có hoạt tính mạnh như xạ khuẩn 2P, xạ khuẩn 7P. Kết quả
sơ tuyển các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose là: vi
khuẩn C32, vi khuẩn C36, vi khuẩn Hud 4-1.
Lựa chọn các chủng vi sinh vật lên men: Đã khảo sát quá trình lên
men của 6 chủng nấm men. Kết quả cho thấy, chủng Saccharomyces
cerevisiae V7028 thích hợp với điều kiện nóng, ẩm của Việt Nam.
Tạo chất xúc tác sinh học ở dạng tế bào cố định chuyển hóa
cellulose thành glucose và tế bào nấm men cố định cho lên men tạo
ethanol.
3.2. Nghiên cứu quá trình thủy phân carbohydrat từ các nguồn
nguyên liệu thành saccharide hòa tan
3.2.1. Thủy phân carbohydrat trong rong nâu
Từ những nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ acid
loãng, enzyme, pH môi trường, nhiệt độ thủy phân và thời gian thủy
phân. Chúng tôi đã tìm ra được điều kiện tối ưu để đạt được hàm
10
lượng đường khử cao nhất. Kết quả nghiên cứu quá trình thủy phân
rong Sargassum swartzii thu được như sau:
Nồng độ acid H2SO4 loãng 2%
Nhiệt độ thủy phân bằng acid 120oC
Thời gian thủy phân bằng acid 120 phút
Nồng độ enzyme 5%
pH môi trường 5,0
Nhiệt độ thủy phân 50oC
Thời gian thủy phân 50 h
Hàm lượng đường khử thu được 253,7 mg/g
Hiệu suất quá trình thủy phân 48%
3.2.2. Thủy phân cellulose tách từ rơm rạ
Kết quả thủy phân cellulose bởi các chủng vi sinh được biểu diễn
trong bảng 3.2, xây dựng đồ thị hình thành glucose theo thời gian
trong quá trình thủy phân đối với các chủng vi sinh để so sánh.
11
Bảng 3.2 Sự tạo thành glucose trong quá trình thủy phân cellulose
bởi một số chủng vi sinh
t (ngày)
Chủng
0 1 2 3 4 5 6
1 A. terreus 0 1.1 2.5 5 7.5 8.9 9.1
2 C 32 0 1.5 3 5.3 7 8 8.2
3 7P 0 1 2.3 4.5 6 7.4 7.8
4 Hud 4-1 0 2 3.5 4.5 5.1 5.8 5.9
5 C 36 0 2.3 3.6 4 4.3 4.2 4.4
Thủy phân cellulose
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3 4 5 6 7
Thời gian, ngày
N
ồ
n
g
đ
ộ
g
lu
c
o
s
e
. g
/l
1
2
3
4
5
Hình 3.1 So sánh thủy phân cellulose bằng các chủng vi sinh
1- Nấm A. terreus; 2- Vi khuẩn C32;; 3- Xạ khuẩn 7P;
4 -Vi khuẩn Hud 4-1; 5-Vi khuẩn C36
12
Kết quả thu được cho thấy: Vi khuẩn C32; Xạ khuẩn 7P; Nấm
A. terreus cho hiệu suất thủy phân cao, trong đó nấm A. terreus cho
hiệu suất thủy phân cao hơn cả.
Từ các kết quả phân tích, cho phép tính hiệu suất thủy phân của
các chủng vi sinh. Hiệu suất thủy phân A (%) được tính bằng lượng
glucose (g) thu được sau quá trình thủy phân so với lượng cellulose
(g) trong một thời gian nhất định (tính tới thời điểm 6 ngày). Kết quả
tính hiệu suất thủy phân của các chủng vi sinh vật được trình bày trên
hình 3.2 để so sánh.
Hiệu suất thủy phân
0
10
20
30
40
50
1 2 3 4 5
Chủng vi sinh
A
,
%
Hình 3.2 Hiệu suất thủy phân cellulose thành glucose bằng các
chủng vi sinh
Kết quả nghiên cứu cho thấy từ 2 g cellulose tách từ rơm rạ sau
khi thủy phân bằng chủng nấm A. terreus thu được 0,91 g glucose đạt
hiệu suất là 45,5%.
13
3.2.3. Thủy phân cellulose tách từ rơm, rạ bằng tế bào vi sinh vật cố
định
Từ các nghiên cứu chứng minh rằng các tế bào cố định có thể
được sử dụng nhiều lần cho quá trình xúc tác, tuy nhiên sau mỗi lần
sử dụng hoạt tính xúc tác của chúng có giảm đi một chút. Hơn nữa
hiệu quả xúc tác của các tế bào cố định cũng thấp hơn của các tế bào
tự do. Điều này là hợp với quy luật, bởi vì cơ chất cellulose có kích
thước phân tử lớn, nên nên tốc độ khuếch tán của nó vào bên trong
các hạt xúc tác nhỏ hơn nhiều so với tốc độ khuếch tán của cơ chất
này trong dung dịch. Mặt khác, so sánh hiệu quả xúc tác bởi các
chủng vi sinh vật cố định khác cho thấy các tế bào cố định của nấm
A. terreus có hoạt tính xúc tác cao nhất tại pH môi trường là 5,0 và
nhiệt độ là 40oC.
3.2.4. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân cellulose tạo thành
glucose
Tối ưu hóa quá trình thuỷ phân nguyên liệu, tìm được phương
trình hồi quy mô tả hiệu quả thủy phân (biểu thị qua nồng độ
glucose) phụ thuộc vào thành phần tham gia thủy phân: nồng độ
cellulose (x1), nồng độ enzyme cellulase (x2) (ổn định ở nhiệt độ 45oC,
pH = 5,0) có dạng:
ŷ = 8,961 + 4,495x1 + 0,215x2
giá trị ymax = 15,876
Từ các kết quả trên chúng tôi đã kiểm tra bằng thực nghiệm và thu
được kết quả giá trị nồng độ đường thu được cao nhất là ymax = 15,58
(xấp xỉ giá trị tính toán theo lý thuyết). Như vậy phương trình quy
hoạch phù hợp với kết quả thực nghiệm thu được.
14
3.3. Nghiên cứu quá trình lên men các sản phẩm trung gian hòa
tan
Từ những nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: tỷ lệ nấm men,
pH môi trường, thời gian lên men xác định được điều kiện tối ưu cho
quá trình lên men như bảng sau:
Bảng 3.3 Các thông số điều điện tối ưu cho quá trình lên men sản
xuất ethanol sinh học
Rong biển Phế thải nông nghiệp
Tỉ lệ nấm men (%) 5,0 3,0
pH môi trường 5,0 5,0
Thời gian lên men (ngày) 4 3
Sau khi xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men, chúng
tôi tiến hành lên men sản phẩm trung gian hòa tan từ quá trình thủy
phân rơm rạ bằng chủng nấm Saccharomyces cerevisiae V7028 với
điều kiện: Nồng độ nấm men bổ sung vào là 3%, pH là 5,0, thời gian
lên men là 3 ngày, tốc độ lắc 240 vòng/phút, nồng độ cơ chất glucose
200 g/l trong bình yếm khí tại nhiệt độ phòng. Xác định lượng ethanol
tạo thành bằng phương pháp chuẩn độ với K2Cr2O7 thu được kết quả
như trong bảng sau:
15
Bảng 3.4 Các thông số động học của quá trình lên men ethanol bởi
chủng Saccharomyces cerevisiae V7028
Thời gian
(h)
Glucose
(g/l)
Ethanol
(g/l)
Mật độ tế
bào (g/l)
0 200 0
1 198 2 6
3 193 5 14
12 153 17 29
24 69 47 38
36 37 73 40
48 27 83 41
60 19 86 42
72 17 87 42
Kết quả cho thấy, quá trình lên men bằng chủng Saccharomyces
cerevisiae V7028 cho nồng độ ethanol cực đại đạt giá trị cao (87
g/L), tỉ lệ chuyển hóa ethanol là 43,5%. Hiệu suất tế bào theo ATP
(YATP) đạt 2,84 x 108 (mol/g protein).
Từ các kết quả thu được chứng minh rằng từ 1 kg phế thải nông
nghiệp thu được 97 ml ethanol và hiệu suất chuyển hóa toàn quá trình
là 19,8%. Trong khi đó, từ 1 kg rong biển thu được 115 ml ethanol và
hiệu suất quá trình chuyển hóa rong nâu thành ethanol là 21%.
3.4. Chuyển hóa phế thải rong nâu thành ethanol sử dụng xúc tác
sinh học kết hợp với acid
3.4.1. Tiền xử lý phế thải rong nâu
Phế thải rong là sản phẩm phụ từ quy trình chiết xuất alginat bao
gồm hàm lượng lớn cellulose. Lượng phế thải rong trong quá trình
chế biến alginat rất cao khoảng 6 tấn phế thải trên 1 tấn sản phẩm.
Trong bã thải, cellulose là thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ cao và rất
khó phân hủy bởi cấu trúc phức tạp của nó. Tuy nhiên việc xử lý các
16
phế thải rong chứa cellulose bằng công nghệ sinh học kết hợp giữa
acid loãng và enzyme lại có tính khả thi về cả mặt kỹ thuật, kinh tế
và môi trường.
Để thực hiện nghiên cứu này, phế thải rong phải được nghiền
nhuyễn và lọc qua rây có 20 – 80 mắt lưới và được sấy ở 40oC trước
khi tiến hành xử lý và phân tích hàm lượng cellulose .
Phương pháp xác định hàm lượng cellulose có trong phế thải
rong sau quá trình chế biến alginat của rong được tách bằng phương
pháp Hypoclorit. Hàm lượng glucose thu được sau quá trình thủy
phân được xác định bằng phương pháp acid dinitrosalicylic (DNS).
3.4.2. Hàm lượng cellulose có trong phế thải rong nâu sau quá trình
tách alginat
Thành phần nguyên liệu thô được phân tích bằng phương pháp
TCVN 4594 – 88. Kết quả thu được chỉ ra rằng phế thải hữu cơ sau
chế biến alginat của rong nâu có thể là nguồn nguyên liệu sản xuất
ethanol sinh học, chứa hàm lượng cao cellulose (30 ± 0.07%) và
lượng hemicellulose ( 2,2 ± 0.86%).
3.4.3. Hiệu quả quá trình thủy phân và lên men
Quá trình tiền xử lý tối ưu khi nồng độ acid đạt 0,1%. Trong điều
kiện tối ưu của quá trình tiền xử lý (0,1%, 120oC, 1 giờ), lượng
glucose thu được đạt tới 215 mg/g và chuyển hóa cellulose trong
phế thải rong nâu đạt 71,2%. Trong khi đó, lượng glucose thu được
từ phế thải rong nâu nếu không qua tiền xử lý chỉ đạt 162,5 mg/g,
điều này chứng minh rằng tiền xử lý có tác dụng tăng cường hiệu
suất quá trình thủy phân.
Sản phẩm sau thủy phân tiếp tục được lên men bằng chủng nấm
Saccharomyces cerevisiae. Sau 36 giờ, tỷ lệ chuyển hóa ethanol là
46,9%, tương đương 92% hiệu suất lý thuyết. Từ các nghiên cứu trên
17
cho kết quả chứng minh rằng từ 1 kg phế thải trong chế biến rong biển
có thể thu được 0,128 L ethanol. So với các tài liệu tham khảo, hiệu
suất quá trình chuyển hóa tạo thành ethanol dưới điều kiện này tăng
đáng kể.
18
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu trên chúng tôi rút ra những kết
luận như sau:
1. Thành phần carbohydrat trong 4 loài rong nâu là: Sargassum
henslowianum 48,23%, Sargassum swartzii 52,86%, Sargassum
benderi 49,83%, Sargassum oligocystum 48,91%. Như vậy,
Sargassum swartzii có hàm lượng carbohydrat cao nhất và như
vậy loại rong này được chọn làm nguyên liệu để nghiên cứu quá
trình sản xuất ethanol sinh học.
2. Quá trình thủy phân bằng acid loãng kết hợp với enzyme cho hàm
lượng đường khử cao hơn, hiệu quả hơn so với việc chỉ dùng
enzyme để thủy phân carbohydrat có trong rong nâu. Điều kiện tối
ưu cho quá trình thủy phân rong nâu đạt hiệu quả cao là:
Nồng độ H2SO4 2%
Nhiệt độ thủy phân bằng acid là 120oC
Thời gian thủy phân bằng acid là 120 phút
Nồng độ của enzyme là 5%
Nhiệt độ thủy phân bằng enzyme là 50oC
pH môi trường thủy phân là 5,0
Thời gian thủy phân là 50 h
3. Trong các chủng vi sinh vật sử dụng thủy phân cellulose từ rơm rạ
cho hiệu suất thủy phân cao như vi khuẩn C32; Xạ khuẩn 7P; nấm
A. terreus, thì nấm A. terreus cho hiệu suất thủy phân cao nhất.
Điều kiện tối ưu để chuyển hóa cellulose từ rơm rạ thành đường
glucose là pH: 5, nhiệt độ: 40oC với sự có mặt của nấm
Aspergillus terreus với phương trình hồi quy mô tả hiệu quả thủy
phân (biểu thị qua nồng độ glucose) phụ thuộc vào thành phần
19
tham gia thủy phân: nồng độ cellulose (x1), nồng độ enzyme cellulase
(x2) có dạng:
ŷ = 8,961 + 4,495x1 + 0,215x2
Với giá trị ymax = 15,876 phù hợp với kết quả thực nghiệm thu
được.
4. Nghiên cứu cố định các tế bào vi sinh vật và đã tạo được các hạt
xúc tác trong lên men chuyển hóa glucose thành ethanol. Các hạt
xúc tác mang tế bào vi sinh cố định qua nhiều chu kỳ sử dụng vẫn
duy trì được khả năng sống cao. Điều này đã chứng minh khả
năng sử dụng lại nhiều lần các chất xúc tác này trong sản xuất
công nghiệp.
5. Tìm được các thông số tối ưu cho quá trình lên men thu nhận
ethanol sinh học:
Nồng độ nấm men bổ sung vào quá trình len men của
rong nâu là 5%, phế thải nông nghiệp là 3%.
pH môi trường lên men hiệu quả của rong nâu và phế thải
nông nghiệp là 5,0.
Thời gian lên men hiệu quả của rong nâu là 4 ngày và của
phế thải nông nghiệp là 3 ngày.
6. Từ những kết quả nghiên cứu, so sánh, đánh giá quá trình thủy
phân chuyển hóa carbohydrat trong rong biển và phế thải nông
nghiệp cho thấy rằng, rong biển chính là nguồn nguyên liệu tiềm
năng cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học trong hiện tại và
tương lai. Mặt khác, những kết quả nghiên cứu cũng cho thấy
rằng, phế thải rong sau quá trình tách alginat và mannitol cũng có
thể sử dụng có hiệu quả cao để sản xuất ethanol sinh học.
20
CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1 - Đỗ Trung Sỹ, Nguyễn Đình Tuyến, Đỗ Thu Hương, Hoàng Thị
Bích, Tạ Thủy Nguyên, Nguyễn Ngọc Tùng, Trần Thị Hiền,
Nguyễn Thị Trang, Trần Đình Toại, N. Stepanov A., Efremenko
E. N., S.Varfolomeev D. Chất xúc tác sinh học trên cơ sở các tế
bào nấm men chịu nhiệt để lên men đồng thời chuyển hóa. Tạp
chí hóa học 2012, 59-62.
2 - Trần Đình Toại, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Bá Kiên, Hoàng Thị
Bích, Đỗ Trung Sỹ, Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân
cellulose tách từ rơm rạ thành đường tan của nấm mốc
Aspergillus terreus để sản xuất ethanol – nhiên liệu sinh học,
Tạp chí Khoa học và Công Nghệ, Tập 49, Số 3, trang 87 – 96,
2011.
3 - Đỗ Trung Sỹ, Trần Đình Toại, Hoàng Lương, Trần Mạnh Hải,
Trần Thị Phương, Hoàng Thị Bích, Nguyễn Hồng Nhung, Phạm
Hồng Hải, Nguyễn Bích Thủy, Nghiên cứu hệ xúc tác sinh học
để chuyển hóa phế thải nông nghiệp (rơm rạ) thành ethanol. Tạp
chí Hóa học, 2011, T.49, Số 5AB, 509-512, Tháng 11-2011.
4 - Nguyễn Thị Hồng Nhung, Trần Đình Toại, Hoàng Thị Bích, Đỗ
Trung Sỹ. Cố định cellulase trên polyvinyl alcohol (PVA) để
tạo chất xúc tác sinh học lên men rơm rạ thành ethanol. Tạp chí
Khoa học Công nghệ & Môi trường Công an, Số 19 tháng 12
năm 2011, 20-21.
5 - I.V. Lyagin, O.V. Senko, A.B. Nikolskaya, F.T. Mamedova,
N.A Stepannov, Tran Dinh Toai, Do Trung Sy, E.N.
Efremenko. Conversion of renewable resources into products
useable for chemical and fuel industries. 1st Symposium on
21
Marine Enzyme and Polysaccharides.22. Nha Trang, 10-17,
December 2012.
6 - Elena N. Efremenko, Olga V. Senko, Nikolay A. Stepanov, Olga
V. Maslova, Ilya V. Lyagin, Ngo Quoc Anh, Do Trung Sy,
Nguyen Van Tuyen. Biocatalytic conversion of seaweed
biomass to semi-product for chemical industry. Asian-Pacific
Aquaculture 2013. December 10-13, 2013.
7 - Do Trung Sy, Ngo Quoc Anh, Hoang Thi Bich, Tran Quoc
Toan, Le Tat Thanh, Nguyen Huy Tung, Dang Thu Thao, Le
Mai Huong. Determination of glucose in Aspergillus terrius af
67 hydrolysate of cellulose from Vietnamese seaweed. Hội nghị
Toàn quốc về Đa dạng sinh học và Phát triển bền vững Hải
phòng 2014, 717-715.
8 - Đỗ Trung Sỹ, Hoàng Thị Bích, Đỗ Quang Kháng, Ngô Quốc
Anh. Nghiên cứu phương pháp thủy phân phế thải rong nâu sử
dụng kết hợp acid và enzyme. Hội thảo 40 năm thành Viện Hàn
lâm khoa học và công nghệ Việt Nam 203-209. Tạp chí hóa học
(đã nhận đăng), 2015.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- do_trung_sy_tt_6506.pdf